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Lexikon der Optik: gütegeschalteter Laser

gütegeschalteter Laser, eine besondere Laseranordnung, bei der der Resonatorverlust zeitlich verändert wird. Dieses Prinzip wird insbesondere bei Festkörperlasern zur Erzeugung hoher Impulsleistungen bzw. Energien angewendet. Hierbei wird innerhalb des Laserresonators der Strahlengang unterbrochen (Erhöhung der Verluste), was verhindert, daß der Laser bereits dann anschwingt, wenn die durch Pumpen erzeugte Besetzungsinversion einen der Schwellenbedingung entsprechenden Wert erreicht hat. Der Strahlengang wird erst dann freigegeben (Erniedrigung der Verluste), wenn die Besetzungsinversion auf ihren Maximalwert angestiegen ist. Der Laser schwingt dann sehr schnell an und erreicht als Folge der großen Inversion hohe Strahlungsintensitäten, was wiederum zum schnellen Abbau der Besetzungsinversion führt. Auf diese Weise werden kurze Impulse hoher Strahlungsleistung erzeugt, deren Parameter von der Zeitdauer des Aufschaltens des Strahlenganges abhängen. Als aktive Schalter werden im einfachsten Falle rotierende Blenden, vielfach auch rotierende Spiegel oder Prismen, deren Flächen nur dann als Resonatorspiegel wirken, wenn sie genau senkrecht zur Resonatorachse stehen, benutzt. Moderne Systeme verwenden innerhalb des Resonators angeordnete akusto-optische, Kerr- oder Pockels-Zellen. Als passive Schalter dienen sättigbare Absorber oder verdampfende Folien.

Entsprechend den möglichen Schaltzeiten ist zwischen langsamen und schnellen Schaltern zu unterscheiden. Alle mechanischen Schalter gehören zu den langsamen Schaltern. Die Umdrehungszahlen für rotierende Blenden oder auch Prismen liegen zwischen 3000 und 20000 U/min, wobei Schaltzeiten im μs-Bereich (>10-6 s) erhalten werden bei Strahlungsintensitäten, welche die des ungeschalteten Lasers um einen Faktor ≤5 übertreffen. Güteschalter, die Schaltzeiten in der Größenordnung von Nanosekunden (10-7 bis 10-9 s) erreichen, bezeichnet man als schnelle Schalter. In Betracht kommen hierfür Kerr- – und heute bevorzugt verwendet – Pockels-Zellen. Hier wird innerhalb des Laserresonators zwischen einem Polarisator und einem Analysator eine Pockels-Zelle angeordnet, die bei Anlegen einer Spannung die Polarisationsebene so dreht, daß der Strahlengang freigegeben wird. Zu den wichtigsten schnellen Schaltern gehören die sättigbaren Absorber, deren Schaltzeitpunkt nicht von außen vorgegeben werden kann, sondern durch die Intensität des Strahlungsfeldes selbst bestimmt wird, und die Schaltzeiten von ≈1 ns erlauben. Als Absorber finden spezielle, bei der Wellenlänge der Laser absorbierende Farbstoffe wie Cryptocyanin in Methanol (für den Rubinlaser) sowie Phthalocyanin in Nitrobenzol (für den Nd-Laser) Verwendung.

Als g. L. werden bevorzugt der Rubinlaser, der Neodymglaslaser, der Neodym-YAG-Laser und der CO2-Laser betrieben.

Erreicht werden Spitzenleistungen bis zu 1 GW bei Impulsdauern von einigen Nanosekunden. Die üblichen Leistungen liegen im Bereich zwischen 10 und 100 MW. Vorwiegend eingesetzt wird diese spezielle Laseranordnung in der nichtlinearen Optik und der Materialbearbeitung.

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